第四章 空气调节系统及其基本原理.ppt

1、,纺织厂,空调工程 2013.5.20,西南大学纺织服装学院,第四章 空气调节基本原理及空调系统,2013.5.20,Contents,1. 纺织厂空气调节基本原理,2. 纺织厂空调室送风系统,3. 空气与水接触时的热湿交换,4. 喷水室空气处理,5.空调室送风调节过程的分析和计算,4.1 纺织厂空气调节基本原理,问题的产生：车间生产中，冷、热、湿负荷的产生会直接影响车间的温湿度，进而影响正常的生产。这需要使车间保持一定的温湿度。 问题的解决办法：夏季冷负荷存在时，把车间多余的热量和湿量及时排出；冬季热负荷存在时，需要及时补充不足的热量和湿量。 纺织厂解决途径：采用不同的送排风参数完成。 具体

2、方法：见图4-1,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.1 车间空调过程计算 参数的确定：送风状态，送风量； 计算过程：夏季、冬季两种情况； （一）夏季车间送风状态与送风量的确 （1）送风状态的计算 已知车间余热Q，余湿量为，为了排除余热和余湿并保持车间内空气状态（，），需要送入，状态K（K，K）的空气，以吸收车间内的余热Q和余湿，使得车间内的空 气状态保持（，）。 注：车间内空气状态始终保持（，）, 并且排入和排出的空气量相当。,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.1 车间空调过程计算 （一）夏季车间送风状态与送风量的确定 根据热湿平衡原理： (4-1) (4-2) 式（4-1）表明空气吸

3、收了余热Q后，其焓值由K变为，式（4-2）表明空气吸 收了余湿量后，其含湿量由K变为。,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.1 车间空调过程计算 （一）夏季车间送风状态与送风量的确定 由于送入的空气同时吸收了余热和余湿，所以空气的热湿比为： (4-3) 即空气状态变化方向取决于车间内的余热和余湿量，也就是说只要送风状态点位于过室内空气状态点B的热湿比 过程线上，则送入的，状态K（K，K）的空气就能保证室内要求的状态点（，）。,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.1 车间空调过程计算 （一）夏季车间送风状态与送风量的确定 由式（4-1）、（4-2）可以得到： (4-4) 给定车间的余热量Q、

4、余湿量W和车间内的空气状态B均是一定的，所以空调房间的送风量G仅取决于送风状态点K。,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.1 车间空调过程计算 （一）夏季车间送风状态与送风量的确定 由公式（4-4）和图4-2可见： 若室外空气状态点K接近室内空气点B，则送风量大，空气处理和设备负荷也增大，投资高； 若K远离B点，则送风量小，费用低，但空调效果差。因为送风温差大，会造成室内温度分布不均匀。 实际生产中，送风温差应根据工艺要求，结合气流组织方式来确定。,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.1 车间空调过程计算 （一）夏季车间送风状态与送风量的确定 （2）送风状态点的选定计算 在选定送风温差的情

5、况下，送风状态确定方法如下： （）在i-d图上找出室内状态点B; （）根据车间热湿负荷算出空气变化过程的热湿比（ ）过B点做热湿比过程线； （）根据送风温差 求出送风温度 等温线与 过程线的交接点即为送风点K。最后再用公式（4-4）求出送风量。,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.1 车间空调过程计算 （一）夏季车间送风状态与送风量的确定 例1：某车间有操作工10人，室内空气状态点为B （ ），围护结构的传热量为7000KJ/h，求送风状态点及送风量。 解：（人的散热湿查附表16） （1）求车间内余热、余湿及热湿比,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.1 车间空调过程计算 （一）夏季车间送

6、风状态与送风量的确定 （2）在i-d图上找出B点 过B点做 过程线； （3）因车间内空调精度 为1，其允许送风温 差为6-10 ，取 则送风温度 的交 汇点即为送风状态点K。 （4）求送风量G,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.1 车间空调过程计算 （二）冬季车间送风状态与送风量的确定 冬季室内余热往往比夏季少，甚至为负值。所以冬季室内的热湿负荷比夏季少或为负值，故送风温度往往高于室温，送风焓值往往大于室内焓值。 因为送的是热风，其允许送风温差较夏季大，所以冬季送风量一般小于或等于夏季。但无论如何，冬季的送风状态都应在通过室内状态点B的热湿比线上。 如果冬夏两季室内温湿度参数一致，则可以采

7、用等量送风的方式，全年只调节送风参数即可。,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.1 车间空调过程计算 （二）冬季车间送风状态与送风量的确定 （确定方法与夏季相同） 例2：在例1中，冬季围护结构的散热9000kj/h，求送风状态点与送风量。 解：（1）车间内的余热量为： 余湿量为： 热湿比为： 在i-d图上找到B点，并过B点做等 线。,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.1 车间空调过程计算 （二）冬季车间送风状态与送风量的确定 （2）假定车间送风温度为36，则送风状态参数为： 需要的送风量为：,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.2 纺织厂几种不同的送风系统及空气变化计算 （一） 单通风

8、系统 系统特点：利用通风机械将室外新鲜空气直接送入车间，在吸收了车间的余热、湿后直接排放到大气中去。 优点：设备简单投资少，运行经济能满足一定要求 缺点：夏天不能很好降温，对室内空气参数控制困难。,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.2 纺织厂几种不同的送风系统及空气变化计算 （一） 单通风系统 计算过程： 假设：车间只有余热Q而无余湿； 送风状态：室外空气状态参数（无法调整）； 送风量(按公式4-1)：,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.2 纺织厂几种不同的送风方式及空气变化计算 （一） 单通风系统,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.2 纺织厂几种不同的送风系统及空气变化计算 （二

9、） 通风喷雾系统 （1）系统组成：该系统在车间除了安装有进气和排气设备外，还设有喷雾设备； （2）系统优点：效果较单通风好，可利用调节喷雾量来控制车间的相对湿度，同时利用雾滴的蒸发降低车间温度； （3）系统缺点：室内空气处理后，车间内的空气含热量仍然高于室外空气含热量，同时受室外气候变化的影响较大，夏季不能将室内空气温度降低到符合劳动保护的要求。（控制不利）,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.2 纺织厂几种不同的送风系统及空气变化计算 （二） 通风喷雾系统 （4）室内空气的变化过程 室外空气吸收余热 后，状态沿等湿线从H 点到M点； 由于喷雾设备喷来细 小雾滴的蒸发，空气 又沿等焓线从M点

10、到B 点，到达车间要求的状 态点。,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.2 纺织厂几种不同的送风系统及空气变化计算 （二） 通风喷雾系统 （5）送风喷雾量计算 送风量（按公式4-1）： 喷雾量（按公式4-2）： （6）实际空气变化沿图中虚线进行，即热湿比线。,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.2 纺织厂几种不同的送风系统及空气变化计算 （三） 空调室送风系统 （1）系统特征：空气送入车间以前，根据室外气候调节和室内要求，在空调室内进行处理。空调室夏天常进行冷却去湿，冬天常进行加热加湿。 （2）系统优点：容易控制车间内空气状态，保持合乎要求的状态点。 （3）空调室送风处理的两种方法： 空调

11、室喷水，利用水滴与空气接触方法进行处理； 空调室设表面热交换器，利用冷热媒与空气温差进行冷热交换。,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.2 纺织厂几种不同的送风系统及空气变化计算 （三） 空调室送风系统 （4）空调室喷水处理优点： 改变水温可对空气进行加热加湿或去热去湿处理； 有利于降低车间含尘浓度； 热湿交换率高，采用地下冷源时效果更好； 有利于车间温湿度的控制和调节； 结构简单，消耗少。,4.1纺织厂空气调节基本原理,4.1.2 纺织厂几种不同的送风系统及空气变化计算 （三） 空调室送风系统 （5）空调室喷水处理缺点： 占地面积大，比热交换器大30-50%； 喷水嘴水压大，输水系统能耗大

12、。 （计算后面再讲）,4.2 纺织厂空调室送风系统,4.2.1空调室送风系统组成 （1）进风窗：新风进入，有调节风门和百叶窗； （2）喷水室：空调室主要部分，有喷嘴、水池当水板。 （3）风道：主风道和支风道； （4）加热器：用于冬天加热。两种方式：水处理之前加热，称第一次加热或余热；水处理之后加热，称第二次加热或再热，用于补偿车间热量不足。 （5）回风窗：为了节约能源，利用一部分回风。 （6）通风机：送风靠风机给予一定压力送入车间。,4.2 纺织厂空调室送风系统,4.2.2 空调室送风两种不同的通风机 （一）压入式通风机 安装在喷水室前，喷水室压力大于一个大气压； 优点：占地省、室内外空气混合

13、容易、电机不易受潮、未经处理空气不易从喷水室门窗缝吸入； 缺点：轴流风机噪声大、喷水室检查门易漏水、喷水室光线暗，不便维修、喷水室内气流乱,4.2 纺织厂空调室送风系统,4.2.2 空调室送风两种不同的通风机 （一）吸入式通风机 安装在喷水室之后，喷水室小于一个大气压； 优点：开启门窗时，水滴不会溅至喷水室外、喷水室光线明亮，易于维修、室内气流比较稳定； 缺点：室外空气与室内空气在喷水室不能充分混合、未经处理的空气有可能通过门窗缝隙进入送风系统，影响送入空气状态点。,4.3 空气与水接触时的热湿交换,4.3.1 空气与水接触时的热湿交换原理 空气通过水的表面或将水喷到空气中，水与空气发生热湿交

14、换。 总热交换=显热交换+潜热交换。 显热交换：温差导热、对流、辐射； 潜热交换（质交换、湿交换）：水蒸汽压力差 凝结、蒸发。 质交换的两种形式：以（水表面饱和空气层）和（饱和空气层空气）进行，形成对流质交换。,4.3 空气与水接触时的热湿交换,4.3.1 空气与水接触时的热湿交换原理,4.3 空气与水接触时的热湿交换,4.3.1 空气与水接触时的热湿交换原理 当空气与水在一微元面积dF上接触时，空气温度变化、含湿量变化，空气与水之间发生热湿交换,4.3 空气与水接触时的热湿交换,4.3.1 空气与水接触时的热湿交换原理 显热交换 ：,4.3 空气与水接触时的热湿交换,4.3.1 空气与水接触

15、时的热湿交换原理 空气和水的湿交换,4.3 空气与水接触时的热湿交换,4.3.1 空气与水接触时的热湿交换原理 式中d为空气的含湿量，db为水滴表面饱和空气的含湿量,4.3 空气与水接触时的热湿交换,4.3.2 空气与水接触时的状态变化过程 空气与水直接接触时，水表面形成的饱和空气边界层与主流空气（边界层以外）之间通过分子扩散和紊流扩散，使边界层的饱和空气与主流空气不断混掺，从而使主流空气状态发生变化。因此，空气与水的热湿交换过程可以视为主流空气与边界层空气不断混合的过程。 在假想的条件下（假定水面无限大，接触时间无限长），全部空气都能达到饱和状态，且空气的最终状态温度与水温相等。,4.3 空

16、气与水接触时的热湿交换,4.3.2 空气与水接触时的状态变化过程 在理想条件下（接触时间足够长，但水量有限），空气终状态达到饱和，且空气终温等于水温，但水温发生变化。 实际上，空气与水的接触时间是有限的，因此，空气终状态难以达到饱和。 在实际工程中，用空气的初终状态连线来表示空气的变化过程。,4.3 空气与水接触时的热湿交换,4.3.2 空气与水接触时的状态变化过程 空气被水处理时，根据水温的不同，空气的状态变化过程分为七种情况。 1、水温高于空气温度 过程线偏向等温线上方，温度含湿量含热量都增加。 2、水温高于空气温度 过程线为等温线，含热量、含湿量增加，温度不变。 3、水温介于干湿球温度之

17、间 过程线介于等温线和等焓线之间。含热量含湿量增加，温度降低。 4、 过程线沿等焓线，温度降低，含热量不变，含湿量增加。 5、 水温介于空气的湿球温度和露点温度之间，过程线中温度和含热量降低，温度增加。 6、 空气和水之间没有湿交换，沿等湿线变化。 7、 空气的温度含热量含湿量都下降。,4.3 空气与水接触时的热湿交换,4.3.2 空气与水接触时的状态变化过程,4.3 空气与水接触时的热湿交换,4.3.2 空气与水接触时的状态变化过程,4.4 喷水室空气处理,4.4.1 喷水室的热工计算 （1）喷水室热工计算方法主要有两类：基于热质交换系数；基于热交换效率（主要介绍）。 （2）热交换效率表示喷

18、水室的实际处理过程与理想过程的接近程度，并用来评价喷水室的热工性能。工程上常用热交换效率系数和热接触系数评价。 （3）热交换效率系数 （第一热交换效率）：考虑空气和水两者同时变化，空气变化沿等焓线投影到饱和曲线上，并把这段线近似看做直线。,4.4 喷水室空气处理,4.4.1 喷水室的热工计算,4.4 喷水室空气处理,4.4.1 喷水室的热工计算 （4）接触系数 （第二热交换效率,绝热加湿过程） 对于绝热加湿过程，空气的初、终湿球温度等于水温，水温始终不变，此时第一交换效率失去意义，所以热交换效率只用第二热交换效率表示。,4.4 喷水室空气处理,4.4.2 影响热交换效率的因素 （1）水气比（喷

19、水系数） ：一定的范围内加大喷水系数可增大热交换效率系数和接触系数。水气比大则能耗大。 （2）空气速度：流速大可使喷水室热交换系数和接触系数变大，并且在风量一定 的情况下可缩小喷水室的断面尺寸，从而减少其占地面积。但空气质量流速过大也会引起挡水板过水量及喷水室阻力的增加。 （3）喷水室结构：喷水室的结构特性主要是喷嘴排数、喷嘴密度、排管间距、喷嘴形式、喷嘴孔径 和喷水方向等。,4.4 喷水室空气处理,4.4.3 热交换效率经验公式 可以查表获得数据。,4.5 空调室送风调节过程的分析和计算,4.5.1 夏天纺织厂空调室空气调节过程 （一）车间无喷雾设备时的空气调节 （1）全新风空气调节状态的确

20、定：若车间对空气的相对湿度要求不高，则可不考虑使用喷雾设备，此时空气送入车间其状态变化沿着等湿线进行。 设送入车间的空气K相对湿度为 ，则空气送入车间后其状态变化为沿等湿线向上至室内空气状态点B，送风量由（4-1）算出。送入空气状态K是在空调室内由H点处理后得到的。,4.5空调室送风调节过程的分析和计算,4.5.1夏天纺织厂空调室空气调节过程 （一）车间无喷雾设备时的空气调节 （2）考虑挡水板过水送风状态的确定：实际生产中，过水现象客观存在，空调室小水滴穿过挡水板进入送风车间。 取挡水板过水量为： 此时的送风参数K下降到K点，送入车间的空气不再沿等湿线（K-B）进行变化，而是沿一定热湿比线(K

21、-B )进行。 送风量： （4-12） 制冷量： （4-13）,4.5空调室送风调节过程的分析和计算,4.5.1夏天纺织厂空调室空气调节过程 （一）车间无喷雾设备时的空气调节 （3）考虑送风温差及过水送风状态的确定：吸入式空调系统中，空气经过风机温度会上升，考虑空气升温 左右。压入式一般不考虑升温的问题。 送风量为： （4-14） 制冷量为： （4-15）,4.5空调室送风调节过程的分析和计算,4.5.1夏天纺织厂空调室空气调节过程 （一）车间无喷雾设备时的空气调节 （4）考虑车间有余湿产生时送风状态的确定：车间有余热和余湿时，空气送入车间后，含湿量和含热量均增加，在决定送风状态时先求出车间热

22、湿比，后自车间空气状态点B引线平行与热湿比线，设送入空气的相对湿度为 。 送风量计算同前。,4.5空调室送风调节过程的分析和计算,4.5.1夏天纺织厂空调室空气调节过程 （二）车间有喷雾设备时的空气调节 若车间要求相对湿度较大（如要求 ），采用喷雾设备可降低送风量。 此时，送风参数和送风量计算和车间中有余热、余湿时计算相同。 注：车间喷雾量大，车间热湿比将减小，要求送风温度低，综合考虑喷雾量不宜过大。,4.5空调室送风调节过程的分析和计算,4.5.1夏天纺织厂空调室空气调节过程 （三）送风使用回风时的空气调节 从经济方面考虑，为了节省系统的冷、热量，空调室在工艺许可和保证人体卫生条件的前提下，

23、往往采用带有回风装置的空气处理方案。它和直接通风空调相比多了回风机、回风道等设备和部件。,4.5空调室送风调节过程的分析和计算,4.5.1夏天纺织厂空调室空气调节过程 （三）送风使用回风时的空气调节 （1）一次回风空气调节过程 夏天为节约能源，车间含热量低于室外空气时，可采用一次回风，进入空调室处理。 室外空气H和室内空气B进入喷水室前按一定比例进行混合，C点为混合后空气状态点。混合后空气进入喷水室处理至K点（ K 点成为露点，它一般位于 线上）。 K 空气送入车间，吸收车间的余热余湿后变为室内状态点B，一部分室内空气排到室外，一部分再回到空调室与新风混合。,4.5空调室送风调节过程的分析和计

24、算,4.5.1夏天纺织厂空调室空气调节过程 （三）送风使用回风时的空气调节 （1）一次回风空气调节过程 变化过程为：,4.5 空气调节过程的分析和计算,图中看出 采用回风 会节约制 冷量。,4.5空调室送风调节过程的分析和计算,（1）一次回风空气调节过程 设计计算：为了把送风量为Gkg/s的空气从C点减湿降温（减焓）降到K点。 处理空气所需冷量Q0为： （4-16） 该冷量的组成部分： 送风量G，参数为K的空气到达室内后，吸收室内余热余湿，沿 变化到参数为B的空气后离开室内，这部分热量为“室内冷负荷Q1”: 从空气处理流程看，新风GH进入系统时的焓 排出的焓 ,这部分冷量为新风冷负荷Q2 （4

25、-18）,4.5空调室送风调节过程的分析和计算,（1）一次回风空气调节过程 上述二部分热量之和就是系统所需的冷量： （4-19） 又由于混合过程中： （4-20） 所以： （4-21） 该转换进一步说明了一次回风系统的冷量在i-d图上的计算法和热平衡概念是一致的。,4.5空调室送风调节过程的分析和计算,4.5.1夏天纺织厂空调室空气调节过程 （三）送风使用回风时的空气调节 （2）二次回风空气调节过程 二次回风空调室送风系统：先将部分回风与室外空气混合，混合空气进入空调室处理至露点状态后，又与部分回风进行混合，之后再送入室内的空调送风系统。 经过二次回风后，使得最终的空气参数更为接近要求。而这一

26、过程的发生，若不采用二次回风，必然要采用其他方式改变一次回风后的空气参数值，必然有有一些能量（电能、机械能、或其他）转化。,4.5空调室送风调节过程的分析和计算,4.5.1夏天纺织厂空调室空气调节过程 （三）送风使用回风时的空气调节 （2）二次回风空气调节过程 变化过程为：,4.5空调室送风调节过程的分析和计算,4.5.1夏天纺织厂空调室空气调节过程 （三）送风使用回风时的空气调节 （2）二次回风空气调节过程 设计计算：图4-14可以看出，K0是K与B状态空气的混合点，三点必在一条直线上，因此第二次混合的风量比例已经确定，而第一次混合点C的位置不像第一次那样容易得到。需要先算出喷水室风量GK后

27、再进一步确定第一次混合点。 喷水室风量GK ： （4-22）,4.5空调室送风调节过程的分析和计算,设计计算：通过喷水室的风量GK相当于一次回风式空调室中用露点送风时的送风量。 求得了GK，则一次回风量为： （4-23） 这样，C点的位置可由混合空气的焓 与BH线交点确定。 （4-24） 从C点到K的连线是空气再处理室的降温去湿过程，这个处理过程消耗冷量为： 二次回风空调室的冷量是由室内冷负荷和新风冷负荷构成的，但其机器露点一般比一次回风系统低，会使制冷系统效率差，天然冷源使用受限制。,4.5空调室送风调节过程的分析和计算,4.5.2 冬季纺织厂空调室空气调节过程 纺织厂在冬、夏季使用的是同一

28、套空调设备，但运行是不同的。 冬季空调的使用特点：可减少送风量；充分利用回风；喷水室使用循环水或热水；可采用单级喷水室；可不考虑当水板过水等。 冬季空调方法：一般采用一次回风系统，空调室的空气热湿处理采用喷水室前预热加喷水处理，或者用喷射热水的方法将空气直接加热加湿。,4.5空调室送风调节过程的分析和计算,4.5.2冬季纺织厂空调室空气调节过程 （一）冬天空气调节过程 设车间有余热而无余湿，室内状态点B，室外状态点H。B向下引等湿线到达露点K（ ），此为空气送风点，送风状态点是在空调室处理得到的。 一次回风室内(B)室外(H)空气的混合点为C，混合空气被水处理等焓加湿至K点， 同时注意新风送入量不低于总送风量的10%。,4.5空调室送风调节过程的分析和计算,4.5.2冬季纺织厂空调室空气调节过程 （二）冬季空调一次回风空气三种处理方式 （1）喷水室前预热空气方式 在喷水室前，室外空气H经过加热器等湿加热后状态变为N，